防渗墙塑性混凝土弹性模量试验方法的研究.pdf

水利水电施工 2 0 1 1 第 3期 总第 1 2 6期 能见表 1 。 2 2 黏土和膨润土 黏土为 云南 省 宁洱 县 当 地 的 红 黏 土 ，晒 干 并 通 过 2 mm筛子。膨润土为钙基膨润土。黏土和膨润土均采用 干掺的方法来进行混凝土的拌和，物理性能试验成果见 表 2 。 2 3 砂石 料 昭通 牛栏 江天花板 水 电站砂 石加 工 系统 生产 的 白云 岩人工砂和 5 2 0 mm碎石人工砂和碎石的物理性能试验 成果见表 3和表 4 。 2 4外 加剂 外加剂采用 F D NMTG缓凝高效减水剂 ，推荐掺量 为胶凝材料用量的 0 6 1 2 ，试验 的掺量为 1 ； 使用 NK引气剂 ，推荐掺量为胶凝材料用量的 0 0 0 5 0 0 1 5 ，试验掺用量为 0 0 1 。减水剂和引气剂的技术 性能检验成果见表 5 。 袁 1 P 04 2 5水泥的技 术性能 标准稠度 初凝时间 终凝时间 抗折强度 ( MP a ) 抗压强度 ( MP a ) 比表面积 烧失量 S O 3 碱含量 水泥种类 安定性 ( ) ( rai n ) ( mi n ) ( m k g ) ( ) ( ) ( ) 3 d 2 8 d 3 d 2 8 d 华新 P 04 2 5 2 6 4 1 6 3 2 2 0 合格 6 3 9 1 3 0 7 5 0 0 4 0 3 4 2 4 2 1 6 0 7 8 G B 1 7 5 -2 0 0 7 要求 4 5 3 9 0 合格 3 5 6 5 1 7 0 4 2 5 3 0 0 5 0 3 5 表 2 黏 土和膨润土的物理性能试验成果 种类 l含水率 ( ) 比重 液限 ( ) 塑限 ( ) 塑性指数 O 0 0 5 m m +9 0 1 2 5 1 2 O NK、 0 0 0 6 6 5 5 1 5 l 9 8 + 1 2 5 9 6 9 5 9 0 GB O 7 6 2 O 0 8 标准 6 3 7 O 1 3 5 9 O +1 2 O 9 5 9 5 9 O 2 5 拌和用水 混凝土 的拌和用水为生活用水 。 3 塑性混凝土弹性模量试验方法的研究 3 1 塑性混凝土弹性模量的试验方法 塑性混凝土弹性模量试验方法的研究采用水工混凝 6 4 土试验规程规定的方法 ( 称为 “ 标弹” )和全标距的方法 ( 称为 “ 全标距弹” )进行对 比试验。两种试验方法 的原 理 如下 ： ( 1 )标弹。试验采用 T M 一2型混凝土弹性模量测定 仪作为测量试件的变形 的支架，标距为 1 5 0 ram，用 j x一 型极限拉伸仪采集变形数据。试验时按照标准方法的 要求进行了对中和三次 4 O 破坏荷载的预压，然后进行 正式试验，并采集每 1 O 破坏荷载的变形直至 5 O ，卸 下采集变形的探头，将试件加荷至破坏。为避免 4 O 破 坏荷载的应力小于 0 5 MP a的情况出现，弹性模量 的计 算直接采用破坏荷载 4 O 的应力除以相对应的应变。 ( 2 )全标距弹。以试件的全长 3 0 0 m m作为测量变形 的标距，用 J x一型极限拉伸仪采集变形数据，测量变 形的探头采用磁力表架固定在试验机的立柱上，并取消 对试件的预压，其余步骤和计算方 法与标 弹试验方法 相同 。 3 2 塑性混凝土的配合 比及试验结果 塑性混凝土的配合 比设计采用均匀分布法对水泥、 黏土和膨润土 ( 统称胶凝材料)的每立方米用量进行排 列设计。三种材料各取 1 O个水平用量，在先确定胶凝材 料用量的条件下，再通过混凝土的和易性确定用水量和 地基 与基础处理工程 砂率等其他参数，以满足防渗墙施工要求 。水平排列情 况见表 6 。 根据均匀设计与均匀设计表中关于使用表的规定 ， 在三因素十水平的情况下，三个因素应分别安排在第一、 五和六列中。因此，均匀分布表 的第一列选择水泥，第 六列选择黏土，第五列选择膨润土。按照均匀设计表组 合的各个试验号的水泥、黏土和膨润土用量及拌和物试 验成果见 表 7 。 3 3 塑性混凝土弹性模量的对比试验成果 按照确定的两种试验方法对 K1 Kl O进行 了对 比试 验，得到的塑性混凝土弹性模量和力学性能的试验成果 见表 8 。弹性模 量 的试 验采 用 1 5 0 n r n 1 5 0 mm3 0 0 mm 的棱柱体标准试件。 表 6 胶 凝材料 的水平排 列情况 k g ma 、 材料 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 O 水泥 8 0 9 5 1 1 O 1 2 5 1 4 0 1 5 5 1 7 0 1 8 5 2 0 0 2 1 5 黏土 1 3 O 1 4 0 1 5 0 1 6 O 1 7 0 1 8 0 1 9 O 2 0 0 2 1 0 2 2 0 膨润土 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 表 7 按 均 匀设计表组合的胶凝材料 用量 配合 比试验成果 试验编号 K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K 8 K9 K1 0 水泥 8 0 9 5 1 1 O 1 2 5 1 4 0 1 5 5 1 7 0 1 8 5 2 0 0 2 1 5 黏土 1 9 0 1 5 O 2 2 0 1 8 0 1 4 0 2 1 0 1 7 0 1 3 0 2 0 0 1 6 O 膨润土 3 5 6 0 3 0 5 5 2 5 5 0 2 O 4 5 1 5 4 0 胶凝材料 3 0 5 3 0 5 3 6 0 3 6 O 3 0 5 4 1 5 3 6 O 3 6 0 4 1 5 4 1 5 每立方米 材料用量 水 3 4 0 3 4 0 3 5 O 3 4 0 3 2 0 3 4 0 3 3 0 3 1 0 3 3 0 3 2 0 ( k g ) 减水剂 3 O 5 3 0 5 3 6 0 3 6 O 3 O 5 4 1 5 3 6 O 3 6 0 4 1 5 4 1 5 引气剂 0 0 3 0 0 0 3 0 0 0 3 6 0 O 3 6 0 0 3 0 0 0 4 2 O O 3 6 0 0 3 6 0 0 4 2 0 0 4 2 砂 子 8 2 8 8 2 8 7 0 0 7 0 5 7 8 8 5 7 8 7 1 0 7 1 9 6 4 0 6 4 5 小石 8 2 8 8 2 8 7 9 0 7 9 5 7 8 8 8 6 7 8 0 0 8 1 1 8 1 5 8 2 0 水胶比 1 1 1 1 1 1 1 O 3 0 9 4 1 0 5 0 8 2 O 9 2 0 8 6 0 8 0 O 7 7 水灰比 4 2 5 3 5 8 3 1 8 2 7 2 2 2 9 2 1 9 1 9 4 1 6 8 1 6 5 1 4 9 黏土率 ( ) 6 2 3 4 9 4 6 1 1 5 O O 4 5 9 5 O 6 4 7 2 3 6 1 4 8 2 3 8 6 膨润土率 ( ) 1 1 5 1 9 7 8 3 1 5 3 8 2 1 2 0 5 6 1 2 5 3 6 9 6 砂率 ( ) 5 0 5 0 4 7 4 7 5 0 4 4 4 7 4 7 4 4 4 4 坍落度 ( m m) 2 0 0 2 3 0 2 0 0 2 1 5 2 2 5 2 0 0 2 5 0 2 4 0 2 3 0 2 3 5 扩展度 ( rn m) 3 5 0 4 1 0 3 7 0 3 9 O 4 3 0 3 6 0 4 1 5 4 4 0 4 4 0 4 5 0 含气量 ( ) 2 6 2 9 3 1 2 1 2 8 2 9 2 6 3 0 3 1 4 1 堆积密度 ( k g m0 ) 2 1 7 9 2 1 7 4 2 1 7 4 2 1 8 6 2 1 7 7 2 1 7 7 2 2 1 O 2 1 9 6 2 1 8 1 2 1 7 l 6 5 水利水 电施工 2 0 1 1 第 3期 总第 1 2 6期 表 8 两种方法得 到的塑性混凝土弹性模量和力学性能的试验成果 试验编号 K1 K2 K3 K4 K5 K 6 K 7 K 8 K9 K1 0 立方强度 ( MP a ) 0 6 1 0 8 O 1 1 3 1 3 7 2 2 O 2 6 O 2 7 8 3 7 5 5 O 5 5 5 1 轴压强度 ( MP a ) 0 6 8 O 7 6 1 1 7 1 3 9 2 1 0 2 6 8 2 8 4 3 4 6 4 3 6 4 8 8 全标距弹 ( MP a ) l l 2 2 4 9 3 2 7 2 9 7 6 2 3 7 0 4 1 3 0 8 1 1 7 3 1 0 4 4 1 0 6 7 标弹( MP a ) 2 5 0 0 2 6 0 0 3 2 0 0 4 9 0 0 6 9 0 0 5 0 0 8 0 0 0 9 8 0 0 8 5 O O 1 0 9 0 0 与标弹的比值 ( ) 4 5 9 6 1 0 2 6 1 9 O 1 3 8 1 6 。 4 1 2 0 1 2 3 9 8 平 均 比值( ) 1 O 4 对 两种试验方法 得到 的塑性 混 凝 土弹性 模量 的分 析 如 下 ： ( 1 )表 中塑性 混凝 土 的抗压 强度 基 本在 规范 要 求 的 1 -5 MP a 的范围内，而按照标准方法得到的弹性模量值 却达到 2 5 0 0 1 0 9 0 0 MP a ，采用全标距得到的弹性模量 值仅 为 1 1 2 1 3 0 8 MP a ，基本 符合规 范要 求 的 3 0 0 2 0 0 0 MP a 的要求。与前者相 比，采用全标距得到的弹性 模 量仅约为前者 的 1 1 0 ，差距悬殊 。 ( 2 )在试验中还发现，当按照标准方法进行弹性模量 试验时 ，由于塑 性混 凝土 的强 度较 低 ，同定 测 量试 件变 形标距支架的定位螺栓需要较多地拧进混凝土中，才能 基本保持支架的稳定。这在一定程度上破坏了该部位本 来强度较低的内部结构，而测量试件变形的标距则是在 此基础上进行，可以认为这是造成标准方法测定塑性混 凝土弹性模量 产生误 差的主要 因素 。 3 4 全标距与三轴试验的弹性模量对 比试验 防渗墙一般位 于坝体 的下部 ，墙体承受 的荷载 为 三轴受力状态。冈此 ，在三轴状态条件下研究 塑性混 凝土的弹性模量更加符合工程实际，同时也可以和全 标距弹性模量进行对 比，以验证采用全标距测 定塑性 混凝土弹性模量的可靠性。塑性混凝土的i轴试验在 最大轴压为 2 5 k N的三轴 剪力仪 上进行 ，试件尺寸 为 声 1 0 1 mm2 0 0 ram，试验的配合比为 K6 ，全标距 弹性 模量的试件尺寸 为 1 5 0 mm3 0 0 ram。对 比试验 的成 果 见表 9 。 表 9 全标距弹性模量与三轴试验 对 比试验成果 0 3 =0 MP a 0 3 -0 1 mP a 0 3 0 4 MP a 0 - 3 0 7 MP a 轴压 全标 弹性 弹性 弹性 弹性 强度 距弹 l 模量 1 模量 1 模量 1 模量 ( M P a ) ( MPa ) 1 7 3 2 5 7 2 2 5 2 7 1 3 O 1 3 U 3 O 6 2 9 6 2 1 5 3 7 8 0 4 8 3 1 6 ( 1 )与i轴试验中 =0 MP a的成果相比，轴压强度 相差 0 4 2 MP a ，弹性模量相差 1 2 1 MP a ，可能是试件尺寸 差异所致，但仍属于同一量级，两者均符合施工规范给 定范围，说明了采用全标距的方法测定塑性 混凝 土弹性 6 6 模 量是可行 的 。 ( 2 )从 三轴 试验 的成果 可 以看 出，随 着围压 O s的提 高，塑性混凝土的轴心抗压强度呈增长趋势。 从 0增 加至 0 7 MP a 时 ，强度从 1 ? 3 MP a提高至 3 0 6 MP a ，提 高了7 7 。而弹性模量的提高却不大 ： 。从 0分别增加 至 0 1 、0 4 MP a和 0 7 MP a时，弹性模 量分别为 2 5 7 、 2 7 1 、3 1 1 MP a和 2 9 6 MP a ，增幅为 5 、2 1 和 1 5 。与 轴心抗压强度相比，弹性模量的增加幅度较小。同时也 再次证明了塑性混凝土在三轴条件下，强度随 的增加 而提高，而弹性模量却增幅不大的特性。这一特性，对 塑性混凝土防渗墙 的安全和 防渗功能的保证是 非常有 利 的。 4 结束语 ( 1 )塑性混凝 土 由于具 有强 度低 于普 通 混凝 土 和变 形较大的特点 ，因此采用普通混凝土的试验方法来进行 弹性模量的试验存在着一定的不合理性 ，会造成试验的 结果不能真实反应塑性混凝土的变形性能。这也是 目前 防渗墙混 凝 土施 工 中出现设 计指标 不相 匹配 的原因 所在 。 ( 2 )采用全标距测量试件变形的方法进行塑性混凝土 的弹性模量试验，可以避免标准方法中因固定测量变形 支架会破坏塑性混凝土强度较低的内部结构而造成较大 的试验误差；同时，取消试验中对试件的预压程序也符 合塑性混凝土的特点。因此，试验结果与 轴试验得到 的弹性模量值均符合 水电水利工程混凝土防渗墙施工 规范 ( D I T 5 1 9 9 2 0 0 4 )要求 的范 围。可 以认 为 ，塑 性混凝土弹性模量的试验采用全标距来测量试件变形的 方法是合理的，得到的弹性模量能够较为真实地反映塑 性混凝土的变形性能。 ( 3 )采用全标距测量试件的变形并 同时取 4 O 割线 的斜率代表塑性混凝土的弹性模量值 ，有利于简化塑性 混凝土弹性模量的试验过程。与标准方法相比，除了采 用的测量标距和预压程序外，其余的试验过程完全相同； 而且试验结果 的计算剔除了 0 5 MP a的应力及其应变项 的计算 ，使塑性混凝土弹性模量 的试验和计算的过程更 为简单 。